Вчера биологи отмечали день рождения основателя цитогенетики Вальтера Флемминга. Он впервые обнаружил в клетке интенсивно окрашивающиеся структуры и назвал их хроматином. Позднее он обнаружил связь хроматина с хромосомами, которые получили свое современное название благодаря немецкому анатому и гистологу Генриху Вильгельму Вальдейеру. Особую известность Флеммингу принесли его исследования строения и деления клетки. Флемминг впервые ввел термин «митоз», обозначающий непрямое деление клетки.

Мы подготовили иллюстрированный обзор главных объектов исследования Флемминга.

Деление клетки

Электронная микроскопия клетки

Фотография: Itayba / Wikimedia Commons

У эукариотических клеток существет два способа деления: митоз и мейоз. Первый из них встречается гораздо чаще второго, но второй имеет ключевое значение для полового размножения.

Митоз — он же кариокинез или непрямое деление — это деление ядра эукариотической клетки с сохранением числа хромосом. У многоклеточных животных это единственный способ деления любых клеток за исключением половых. Для удобства изучения биологи делят митотический процесс на четыре стадии в за­висимости от того, как выглядят в это время хромосомы в све­товом микроскопе. В митозе выделяют профазу, метафазу, ана­фазу и телофазу. 

В профазе происходит «архивирование», компактизация генетического материала перед делением; хромосомы спирализуются — укорачиваются и утолщаются и становятся заметны в световой микроскоп. На этом этапе они состоят из двух связанных между собой сестринских хроматид. Одновременно со спирализацией хромосом исчезает ядрышко и разрывается ядерная оболочка. После ее распада хромосомы свободно и беспорядочно лежат в цитоплазме. Центриоли расходятся к полюсам клетки. В конце профазы начинает формироваться веретено деления. 

В метафазе завершается образование веретена деления, к микротрубочкам которого прикрепляются двойные хромосомы. Они лежат в одной плоскости и образуют так называемую метафазную пластинку. В метафазе отчетливо видно двойное строение хромосом, соединенных только в области центромеры. В этот период легко подсчитывать число хромосом, изучать их морфологические особенности. 

В анафазе дочерние хромосомы с помощью микротрубочек веретена деления растягиваются к полюсам клетки. В этот момент в клетке находятся два диплоидных набора хромосом. В телофазе начинается деспирализация хромосом, формируется ядерная оболочка, в ядрах возникают ядрышки. Разрушается верете­но деления. Происходит разделение цитоплазмы с образованием двух клеток.

Мейоз, или редукционное деление — деление ядра эукариотической клетки с уменьшением числа хромосом в два раза. Мейоз включает в себя два последовательных деления с короткой интерфазой между ними. В результате из одной диплоидной образуется четыре гаплоидных клетки. Восстановление плоидности происходит в результате слияния половых клеток — оплодотворения. В тех случаях, когда мейоз сопряжён с гаметогенезом (например, у многоклеточных животных — у растений все сложнее, у них оплодотворение происходит обычно гораздо позже, чем мейоз), при развитии яйцеклеток первое и второе деления мейоза резко неравномерны, в результате чего формируется одна гаплоидная яйцеклетка и три редукционных или полярных тельца.

Цитоскелет

Фибробласт, актин окрашен красным, миозин - зеленым

Фотография: ZEISS Microscopy / Flickr.com

Цитосклелет — это сеть белковых нитей (филаментов), пронизывающих и поддерживающих эукариотическую клетку. Филаменты представляют собой протяженные, сходные с полимерами структуры, состоящие из белков одного типа. В зависимости от диаметра они подразделяются на  микрофиламенты (6-8 нм), промежуточные волокна (около 10 нм) и микротрубочки (около 25 нм).

Микрофиламенты представляют собой две спирально закрученные цепочки из мономеров актина. Они отвечают за форму клетки, участвуют в межклеточном взаимодействии, передаче сигналов и, вместе с миозином — в мышечном сокращении.

Микротрубочки — это полые цилиндры порядка 25 нанометров в диаметре, стенки которых образованы димерами тубулина. Они играют ключевую роль во внутриклеточном транспорте (выполняют роль «рельсов», по которым туда-сюда катаются пузырьки с грузами, например, неромедиаторами в нейронах) и формируют веретено деления при митозе и мейозе.

Веретено деления образуется в митозе и мейозе для обеспечения сегрегации хромосом и деления клетки. Между двумя полюсами образуется веретенообразная система микротрубочек, которые присоединяются к хроматидам в области центромер и обеспечивают движение хромосом по направлению к полюсам.

Полноценное веретено деления образуется на стадии прометафазы после разрушения ядерной мембраны, когда цитоплазматические микротрубочки и центросомы получают доступ к хромосомам и другим компонентам веретена.


Клеточное ядро

Клетки карциномы легких

Фотография: Ed Uthman / Flickr.com

Ядро — важнейший структурный компонент клетки. Оно состоит из хроматина, ядрышка, кариоплазмы и ядерной оболочки. 

Хроматином называют молекулы ДНК в комплексе со специфическими белками, основную массу которых состовляют «упаковочные белки» гистоны. В зависимости от степени упаковки хроматин подразделяется на эухроматин (работающий, а значит неупакованный) и  гетерохроматин («архивированный», как во время деления).

Ядрышко находится внутри ядра и не имеет собственной мебранной оболочки. Основной функцией ядрышка является синтез рибосом — молекулярных машин, отвечающих за синтез белка из аминокислот. Ядрышки формируются вокруг специальных участков генома, которые содержат гены рибосомной ДНК. В ядрышке происходит синтез рибосомальной РНК, ее созревание и сборка рибосомных субчастиц. Самая высокая концентрация белка в клетке наблюдается именно в ядрышке. 



Аня Савченко

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.